дисковая пила и способ ее изготовления

Формула изобретения

1. Дисковая пила, содержащая корпус в виде плоского диска с внутренним отверстием и зубчатым венцом по периферии, зубья которого разведены и упрочнены, отличающаяся тем, что боковые поверхности зубьев зубчатого венца с внутренней стороны гиба выполнены с дополнительным упрочнением лазером.

2. Способ изготовления дисковой пилы, содержащий вырезку диска с зубчатым венцом и посадочным отверстием, развод и упрочнение зубьев зубчатого венца и проковку, отличающийся тем, что вырезку из заготовки диска с зубчатым венцом и упрочнение производят воздействием лазерного излучения, при этом упрочнение производят в заготовке путем нанесения упрочняющих полос в радиальном направлении в местах расположения зубьев, чередуя через один с каждой стороны заготовки, на глубину, не превышающую глубины расположения нейтральной плоскости между сжатыми и растянутыми слоями, возникающими при разводе зубьев пилы.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что воздействие лазером производят на высоту, равную расстоянию между вершиной зуба и радиусом проковки пилы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию для обработки древесины, в частности к дисковым пилам, и может быть использовано в лесопильной и деревообрабатывающей промышленности при продольной и поперечной распиловке древесины, древесно-стружечных плит и т.п.

Известна дисковая пила, включающая корпус, выполненный в виде диска с зубчатым венцом (ГОСТ 980-90 "Пилы круглые плоские для распиловки древесины", черт. 1.2).

Недостатком известной конструкции пилы является то, что не в полной мере используются свойства стали, из которой они изготовлены, определяющие лучшие режущие ее качества. Металл пилы при термообработке может обеспечивать твердость пилы не ниже HRC 50-60 ед. что резко повышает ее износостойкость. Однако для обеспечения развода зубьев необходимо обеспечить такую пластичность металла, которая исключала бы образование микротрещин в процессе этой операции, что вызывает необходимость термообработки корпуса диска на твердость HRC 40-60 ед. С образованием микроструктуры мелкодисперсного тростосорбита с мелкими равномерно распределенными карбидами. Таким образом, эксплуатационные и монтажные свойства пилы определяются противоречивыми требованиями к металлу, из которого она изготовлена. С одной стороны твердость для обеспечения высокой износостойкости, а с другой пластичность для обеспечения развода или расплющивания зубьев.

Это противоречие разрешается частично в конструкции дисковой пилы, корпус которой выполнен в виде плоского диска с внутренним отверстием и зубчатым венцом по периферии, зубья которой разведены, а вершины зубьев упрочнены током промышленной частоты через контактное устройство до температуры, требующейся для их закалки.

Недостатком данной конструкции является невозможность обеспечения одинаковой твердости поверхности зуба из-за его конфигурации, имеющего переменного сечение. При этом следует отметить, что при разводке зубьев не исключается возможность появления микротрещин в месте гиба вследствие низкой пластичности закаленных поверхностей зуба и неравномерной толщины закаленных слоев. Кроме того, процесс изготовления таких пил отличается высокой трудоемкостью из-за раздельного выполнения операций насечки, термообработки, заточки зубьев и их разводки.

Предлагаемая конструкция дисковой пилы отличается высокой износостойкостью. Это достигается тем, что в пиле, корпус которой выполнен в виде плоского диска с внутренним отверстием и зубчатым венцом по периферии, зубья которого разведены и упрочнены, боковые поверхности зубьев зубчатого венца с внутренней стороны гиба дополнительно упрочнены лазером.

Дополнительное упрочнение боковой поверхности зуба с внутренней стороны гиба лазером позволяет повысить твердость поверхности зуба до 60-62 кг/мм² и исключать трещинообразование при разводке зубьев по наружной поверхности гиба, что повышает износостойкость инструмента при эксплуатации.

Известен способ изготовления дисковой пилы по авт.св. N 94812, кл. B 21 D 9/24, включающий вырезку диска с зубчатым венцом и посадочным отверстием, разводку и упрочнение зубьев зубчатого венца и проковку, при котором вершина зуба пилы упрочняется путем нагрева током промышленной частоты через контактное устройство до температуры, требующейся для закалки поверхности зуба [1]

Недостатком данного способа является то, что прекращение подачи тока приводит к быстрому охлаждению вершины зуба за счет отдачи тепла к основанию зуба и в толщу полотна пилы. В результате этого происходит закалка поверхности зуба до твердости HRC= 60 ед. при нагреве 1-2 с, скорость охлаждения обусловлена теплопроводностью стали и составляет не менее 250 с.

Также следует отметить, что при данном способе термообработки в процессе разводки зубьев не исключается возможность появления микротрещин в месте гиба зуба вследствие низкой пластичности закаленных поверхностей зуба и неравномерной толщины закаленных слоев.

Процесс изготовления дисковых пил по данной схеме отличается высокой трудоемкостью из-за раздельного выполнения операций насечки зубьев, термообработки и последующей заточки. Наиболее близким к предлагаемому по достигаемому результату и технической сущности является способ изготовления дисковой пилы, включающий вырезку диска с зубчатым венцом и посадочным отверстием, разводку зубьев зубчатого венца и проковку, при котором на материал пилы действуют искровым разрядом, под воздействием которого на поверхности металла, из которого выполнена пила, развиваются электротермические процессы. Вследствие того, что место приложения импульса строго локализовано, происходит мгновенный нагрев микрообъема до температуры выше критической и интенсивное охлаждение вглубь металла, что создает на поверхности пилы слои металла с вторичной закалкой и "отпущенным" подслоем. Тепловое воздействие при электроискровом облучении протекает на глубину 0,1-0,15 мм при толщине закаленного "белого слоя" 0,03-0,05 мм [1]

Этот способ изготовлен дисковых пил позволяет несколько повысить износостойкость по отношению к способу-аналогу за счет локального упрочнения поверхности зубьев зубчатого венца пилы.

Однако, недостатком данного способа изготовления является то, что процесс упрочнения поверхности зуба носит периодический характер и не обеспечивает стабильности частоты его поверхности вследствие образования шероховатости из-за выступов и впадин, образовавшихся в результате действия искрового разряда. Кроме того, процесс упрочнения отличается низкой производительностью, возможно искажение формы лезвия инструмента из-за попадания на него разряда.

Предлагаемый способ изготовления дисковых пил позволяет повысить износостойкость инструмента и чистоту поверхности зубьев зубчатого венца.

Это достигается тем, что в способе изготовления дисковых пил, включающем вырезку диска с зубчатым венцом и посадочным отверстием, разводку и упрочнение зубьев зубчатого венца и проковку, вырезку из заготовки диска с зубчатым венцом и упрочнения зубьев зубчатого венца, производят воздействием лазерного излучения, при этом упрочнение производят в заготовке путем нанесения упрочняющих полос в радиальном направлении в местах расположения зубьев, чередуя через один с каждой стороны заготовки, на глубину, не превышающую глубины расположения нейтральной плоскости между сжатыми и растянутыми слоями, возникающими при разводке зубьев пилы. Воздействие лазером при этом могут производить на высоту, равную длине радиуса между вершиной зуба и радиусом проковки дисковой пилы.

Вырезка из заготовки диска с зубчатым венцом воздействуем лазерного излучения позволяет одновременно производить формирование контура пилы и упрочнение торца режущих зубьев зубчатого венца.

Нанесение упрочняющих полос в радиальном направлении в местах расположения зубьев, чередуя один с каждой стороны заготовки, позволяет получать однородную упрочненную структуру поверхности зуба с каждой из его сторон.

Чередование нанесения упрочняющих полос на поверхности заготовки в местах расположения зубьев через один, позволяет производить качественную разводку зубьев без нарушения целостности поверхности зуба и обеспечить контакт при гибке наиболее износостойкости поверхности с поверхностью кромки реза.

Упрочнение поверхности зуба лазером на глубину, не превышающую глубину расположения нейтральной плоскости между сжатием и растянутыми слоями, возникающими при разводке зубьев пилы, позволяет повысить твердость поверхности зуба с внутренней его стороны и исключить трещинообразование по поверхности зубьев при их разводке.

Воздействие лазером на высоту, равную длине радиуса между вершиной зуба и радиусом проковки пилы, позволяет повысить устойчивость диска пилы от воздействия на него возмущающих боковых сил, возникающих при распиловке, из-за повышения жесткости режущего зубчатого венца за счет термической обработки лазерным излучением и ослабления средней зоны диска за счет проковки.

Все эти признаки позволяют изготавливать инструмент с высокой износостойкостью и высоким качеством.

На фиг. 1 представлен общий вид дисковой пилы; на фиг. 2 то же, разрез;

Пила включает диск 1 с зубчатым венцом 2 и внутренним отверстием d. Торцевая поверхность зубьев 3 имеет упрочненную структуру закалки, полученную в результате формирования контура пилы лазером. В местах расположения зубьев 3 выполнены в радиальном направлении упрочняющие полосы 4, чередующиеся через один зуб с каждой из боковых поверхностей 5 диска 1. Это чередование необходимо для того, чтобы зуб был упрочнен только с внутренней стороны гиба и не нарушал целостности наружной поверхности зуба при разводке. При этом упрочненные полосы 4 выполнены на высоту, равную длине радиуса между вершиной зуба D/2 и радиусом проковки D₁/2 на глубину, не превышающую глубину расположения нейтральной плоскости между сжатыми и растянутыми слоями, возникающими при разводке зубьев 3 дисковой пилы.

Изготавливают дисковую пилу следующим образом.

Предварительно вырезанную механическим путем заготовку устанавливают и фиксируют на столе лазерной установки. При перемещении стола по заданной программе вырезают центральное посадочное отверстие с диаметром d.

Затем для повышения жесткости поверхности зубьев и повышения износостойкости на заготовке выполняют упрочняющие полосы 4. Для чего в местах расположения зубьев 3 пилы с помощью лазерного излучения по заданной программе через один зуб на боковой поверхности заготовки в радиальном направлении наносят полосы термического упрочнения, которые представляют собой закалочные структуры мартенситного класса. При воздействии потока лазерного излучения на локальный участок поверхности зуба 3, этот участок быстро нагревается до высоких температур. После прекращения действия излучения нагретый участок быстро охлаждается, отдавая тепло во внутренние объемы материала диска 1 пилы и за счет теплоотдачи с поверхности. При этом достигается высокие скорости происходят фазовые превращения структуры материала с образованием мелкоигольчатого мартенсита, что увеличивает жесткость и стойкость зубьев 3, что конечном счете увеличивает износостойкость дисковых пил на 30-40% по сравнению с пилами, не прошедшими лазерной обработки. Глубина упрочненного слоя не должна превышать граничного положения нейтральной поверхности между сжатыми и растянутыми слоями металла при разводке зубьев. Длина упрочняющего слоя равна радиусу между вершиной зуба 3 и радиусом проковки Это позволяет повысить устойчивость диска 1 пилы от воздействия на него возмущающих боковых сил, возникающих при распиловке древесины, из-за повышения жесткости зубчатого венца 2 и ослабления средней зоны диска за счет проковки. Упрочнение зуба 3 только с внутренней стороны позволяет производить разводку зубьев 3 без трещинообразования наружной поверхности зуба, что достигается за счет проведения чередования упрочняющих полос 4 в местах расположения зубьев 3 через один с каждой из боковых сторон. После выполнения упрочняющих полос 4 на одной боковой поверхности 5, также через один зуб выполняют такие же упрочняющие полосы в радиальном направлении на другой стороне 5 пилы, повернув заготовку на 180^o и зафиксировав ее по посадочному отверстию d на столе лазерной установки.

Затем формируют контур диска 1 пилы, воздействуя лазерным излучением по заданной программе, вырезают зубчатый венец 2. При этом по торцевым поверхностям линии реза на передних гранях зубьев 3 образуются закалочные структуры мартенситного класса, обеспечивающие повышенную стойкость зубьев 3. В изготовленном таким образом диске 1 с зубчатым венцом 2 производят развод зубьев 3, причем разводку производят в сторону термически обработанной лазером поверхности зуба, т. е. таким образом, чтобы упрочненная поверхность стала внутренней стороной зуба 3 и работала бы на сжатие, а другая сторона - необработанная работала бы на растяжение. Такое положение зуба 3 при разводке позволяет исключать трещинообразование по наружной его поверхности и повысить износостойкость дисковой пилы и обеспечить свободное движение пилы в распиле. После чего производят поковку пилы для ослабления средней зоны пилы. Высокая жесткость зуба 3 за счет упрочнения и ослабления средней зоны диска за счет проковки позволяет повысить устойчивость дисковой пилы во время распиловки.

Пример. Для изготовления дисковой пилы диаметром, равным 200 мм, брали заготовку из стали 9ХФ ГОСТ 5950-80 с твердостью HRC 40.45 ед. размером 1,6 x 210 x 210 (мм). При изготовлении использовали лазерную установку типа Квант-15. Сначала по заданной программе вырезали посадочное отверстие 32 мм. Затем, сначала на одной боковой поверхности заготовки на участках расположения зубьев, чередуя через один, выполняли упрочненные полосы в радиальном направлении, посредством лазерного излучения на глубину 0,1 мм, шириной, соответствующей ширине основания зуба 1,6 мм, и на расстояние 20 мм, начиная от начального диаметра 200 мм окружности (вершина зуба) под углом 30^o относительно центра пилы. Затем таким же образом нанесли упрочненные полосы 1 на другой боковой поверхности заготовки, причем полосы упрочнения смещены относительно упрочненных полос на другой стороне на угол 15^o. Твердость материала упрочняющих полос составила HRC 58-60 ед. Затем по заданной программе вырезали зубчатый венец с заданным профилем зуба (ГОСТ 980-80. Исполнение 1, обозн. 3420-0152).

Диаметр 200 мм, кол-во зубьев -24, ширина зуба В=1,6 мм.

Для свободного движения дисковой пилы в пропиле выполняли разводку зубьев пилы (отгибку). При этом развод зубьев производили таким образом, чтобы упрочненная поверхность (HRC 58.60) зуба являлась внутренней стороной гиба и работала на сжатие, а неупрочненная (HRC=40-45) наружной стороной гиба и работала на растяжение. Разводку зубьев выполнили равной 0,45 мм. После чего была произведена проковка дисковой пилы. Таким образом была изготовлена дисковая пила D=200 мм, Z=24, B=1,6 мм (ГОСТ 980-80. Исп. 1, обозн. 3420-0152) с разводом зубьев, равным 0,45 мм. Твердость упрочняющих полос HRC 58-60, аналогичную поверхность имеет торцевая поверхность зуба зубчатого венца пилы.

При проведении испытаний, при резке пластин древесно-стружечной плиты было установлено, что инструмент выдерживал частоту вращения 7000 об/мин, качество разрезаемой поверхности соответствует D 4. Износостойкость дисковой пилы, полученная путем воздействия лазерного излучения, по сравнению со стандартными дисковыми пилами, выше в 1,2.1,3 раза.

Использование в промышленности предлагаемого технического решения позволит изготавливать дисковые пилы повышенной износостойкости.